JPH11126110A - 移動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】移動対象物を所定方向に必要な量だけ正確に移
動して高精度に位置決めすることが可能な移動装置を提
供する。 【解決手段】移動対象物６と、この移動対象物の中心軸
Ｐに対して対称に配置され、移動対象物を平行移動自在
に支持する板状バネ２０，２４と、移動対象物を移動さ
せるためのＸ方向駆動用及びＹ方向駆動用アクチュエー
タ２２，１６とを備えており、板状バネは、夫々、移動
対象物を移動した際に作用する曲げ力に対する剛性が小
さく、且つ、移動対象物を移動した際に作用する圧縮力
及び引っ張り力に対する剛性が大きくなっている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば走査型プロ
ーブ顕微鏡及びこれを応用した走査機構に用いられ、移
動対象物を所定方向に正確に移動して高精度に位置決め
するための移動装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の移動装置として、例えば
図８に示すように、固定ベース２から垂直方向（Ｚ方
向）に延出した平行バネ４に支持された移動対象物６
（例えば、走査型プローブ顕微鏡や走査型レーザー顕微
鏡等に用いられるステージ）に所定の押圧力Ｆを加える
ことによって、移動対象物６を例えばＸ方向（Ｚ方向に
直交する方向）に所定距離だけ平行移動させることがで
きる装置が知られている（以下、第１の従来技術とい
う）。

【０００３】また、例えば特開平７−１２９２４４号公
報には、図９に示すように、固定ベース２から延出した
４つの板バネ８によってＸ方向に移動自在に支持された
移動対象物６に対して圧電体１０を介して押圧力を加え
ることによって、移動対象物６をＸ方向に所定距離だけ
平行移動させることができる装置が知られている（以
下、第２の従来技術という）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、第１の
従来技術では、移動対象物６を移動させた際に平行バネ
４に作用する曲げ力によって、平行バネ特有の沈み込み
が生じ、このときの沈み込み量ΔＺに対応して、移動対
象物６は、移動方向とは異なる方向（Ｚ方向）に変位し
てしまうといった問題がある。特に高精度な移動制御を
要求される装置では、このような沈み込みが生じると、
移動対象物６を高精度に位置決めすることが困難になっ
てしまう。

【０００５】また、第２の従来技術では、移動対象物６
を移動させた際、この移動対象物６の両側に配置された
板バネ８には、夫々、曲げ力だけで無く引っ張り力も同
時に作用するため、板バネ８の弾性変形量が小さくな
り、この結果、移動対象物６の移動範囲が狭く限定され
てしまうといった問題がある。

【０００６】本発明は、このような問題を解決するため
に成されており、その目的は、移動対象物を所定方向に
必要な量だけ正確に移動して高精度に位置決めすること
が可能な移動装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、本発明の移動装置は、移動対象物と、この移
動対象物に対する固定ベースと、前記移動対象物の中心
軸に対して対称に配置され、前記移動対象物を平行移動
自在に係合する弾性部材と、この弾性部材の一端が係合
し、他端が前記固定ベースと係合する前記移動対象物を
移動させるためのアクチュエータとを備えている。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の原理について説明
した後、この原理を応用した各実施の形態に係る移動装
置について、添付図面を参照して説明する。図１（ａ）
には、沈み込みや曲げ力及び引っ張り力を生じること無
く、移動対象物６を所定方向に必要な量だけ正確に平行
移動させて高精度に位置決めするための基本原理が示さ
れている。

【０００９】具体的には、この基本原理において、移動
対象物６は、その両側が中心軸Ｐに対して対称に配置さ
れた弾性部材によって平行移動自在に支持されており、
この移動対象物６に押圧力が作用しない限り、移動対象
物６は、常時、一定位置（以下、初期位置という）に弾
性的に保持されるようになっている。

【００１０】弾性部材として、本基本原理では、その一
例として、中央部分が一部中抜きされた中抜き部１２ａ
を有する板状バネ１２が用いられており、これら板状バ
ネ１２を介して移動対象物６は、固定ベース１４に弾性
的に支持されている。なお、板状バネ１２の下端部１２
ｂは、他の部位に固定されること無くフリーな状態とな
っている。

【００１１】このような基本原理によれば、移動対象物
６に所定の押圧力Ｆを加えた際、図中点線で示すよう
に、一方の板状バネ１２の中抜き部１２ａが拡大し同時
に他方の板状バネ１２の中抜き部１２ａが縮小すること
によって、板状バネ１２の曲げ量に対応して下端部１２
ａが、移動対象物６方向に引き上げられるため、移動対
象物６は、沈み込みを生じること無く、同一平面内にお
いて常に平行移動することになる。なお、押圧力Ｆを解
除すれば、移動対象物６は、板状バネ１２の弾性力によ
って、初期位置に平行移動して戻される。

【００１２】図１（ｂ）には、上記の基本原理を具体化
した具体的原理の構成が示されている。具体的原理にお
いて、移動対象物６の矢印Ｘ方向に沿った両側には、夫
々、上述した基本原理と同様の作用効果を奏する弾性部
材が、中心軸Ｐに対して対称に配置されており、移動対
象物６は、これら弾性部材を介してアクチュエータ（例
えば、圧電体）１６（以下、Ｙ方向駆動用アクチュエー
タという）に支持されている。なお、Ｙ方向駆動用アク
チュエータ１６は、夫々、固定ベース１８に固定されて
おり、移動対象物６を矢印Ｙ方向に移動させることがで
きるようになっている。

【００１３】弾性部材として、本具体的原理では、その
一例として、矢印Ｙ方向に沿って延出し且つその中央部
分が矢印Ｙ方向に沿って一部中抜きされた中抜き部２０
ａを有する板状バネ２０が用いられており、これら板状
バネ２０を介して移動対象物６は、Ｙ方向駆動用アクチ
ュエータ１６に支持されている。

【００１４】また、板状バネ２０は、夫々、移動対象物
６の中心軸Ｐを通って矢印Ｘ方向と平行に延出している
Ｘ中心線Ｌｘに対して対称に延在している。このような
板状バネ２０は、移動対象物６を矢印Ｘ方向に移動した
際に作用する曲げ力に対する剛性が小さく、且つ、移動
対象物６を矢印Ｙ方向に移動した際に作用する圧縮力及
び引っ張り力に対する剛性が大きくなっている。

【００１５】このような具体的原理によれば、所定の押
圧力で移動対象物６を矢印Ｘ方向に移動させた場合、各
々の板状バネ２０には、矢印Ｘ方向の曲げ力が作用する
が、この曲げ力に対する板状バネ２０の剛性が小さいた
め、板状バネ２０は、夫々、移動対象物６に加えられた
押圧力に対応して円滑に弾性変形する。この場合、各々
の板状バネ２０は、図１（ａ）で説明した基本原理と同
様に、一方の板状バネ２０の中抜き部２０ａが拡大し同
時に他方の板状バネ２０の中抜き部２０ａが縮小する。
この結果、移動対象物６は、沈み込みを生じること無
く、同一平面（ＸＹ平面）内において矢印Ｘ方向に円滑
に平行移動する。なお、押圧力を解除すれば、移動対象
物６は、板状バネ２０の弾性力によって初期位置に戻さ
れる。

【００１６】これに対して、各々のＹ方向駆動用アクチ
ュエータ１６を駆動させて伸張させると、この伸張運動
が各々の板状バネ２０を介して移動対象物６に伝達され
ることによって、移動対象物６を矢印Ｙ方向に平行移動
させることができる。

【００１７】この場合、Ｙ方向駆動用アクチュエータ１
６の伸張運動によって板状バネ２０には、矢印Ｙ方向の
圧縮力及び引っ張り力が作用するが、このような圧縮力
及び引っ張り力に対する板状バネ２０の剛性が大きいた
め、板状バネ２０は、夫々、弾性変形すること無く、Ｙ
方向駆動用アクチュエータ１６の伸張運動をそのまま移
動対象物６に伝達する。この結果、移動対象物６は、ア
クチュエータ１６の伸張量に対応（一致）した量だけ正
確に同一平面（ＸＹ平面）内において矢印Ｙ方向に平行
移動する。

【００１８】なお、Ｙ方向駆動用アクチュエータ１６を
伸張させた後、逆に、Ｙ方向駆動用アクチュエータ１６
を縮小させれば、移動対象物６を初期位置方向に平行移
動させて戻すことができる。

【００１９】このように本発明の原理によれば、移動対
象物を所定方向に必要な量だけ正確に平行移動させて高
精度に位置決めすることができる。次に、上述した原理
を応用した本発明の第１の実施の形態に係る移動装置に
ついて、図２を参照して説明する。

【００２０】なお、本実施の形態の説明に際し、上述し
た原理と同一の構成には、同一符号を付して、その説明
を省略する。図２に示すように、本実施の形態の移動装
置は、２軸方向に移動対象物６を移動制御できるように
構成されており、簡単に説明すると、上記の具体的原理
（図１（ｂ）参照）の構成を移動対象物６の矢印Ｘ方向
及びＹ方向に沿った両側（即ち、図面の上下左右）に対
称に配置している。

【００２１】移動対象物６の矢印Ｘ方向に沿った両側の
構成は、既に図１（ｂ）で説明したので、同一符号を付
して、その説明を省略すると共に、以下の構成の説明で
は、移動対象物６の矢印Ｙ方向に沿った両側の構成の説
明に止める。

【００２２】図２に示すように、移動対象物６の矢印Ｙ
方向に沿った両側には、夫々、上述した原理（図１参
照）と同様の作用効果を奏する弾性部材が、中心軸Ｐに
対して対称に配置されており、移動対象物６は、これら
弾性部材を介してアクチュエータ（例えば、圧電体）２
２（以下、Ｘ方向駆動用アクチュエータという）に支持
されている。なお、Ｘ方向駆動用アクチュエータ２２
は、夫々、固定ベース１８に固定されていると共に、Ｙ
方向駆動用アクチュエータ１６と同一の形状及び機能を
有しており、移動対象物６を矢印Ｘ方向に移動させるこ
とができるようになっている。

【００２３】弾性部材として、本実施の形態では、その
一例として、矢印Ｘ方向に沿って延出し且つその中央部
分が矢印Ｘ方向に沿って一部中抜きされた中抜き部２４
ａを有する板状バネ２４が用いられており、これら板状
バネ２４を介して移動対象物６は、Ｘ方向駆動用アクチ
ュエータ２２に支持されている。

【００２４】また、板状バネ２４は、夫々、上記の板状
バネ２０と同一の形状及び機能を有している。即ち、板
状バネ２４は、夫々、移動対象物６の中心軸Ｐを通って
矢印Ｙ方向と平行に延出しているＹ中心線Ｌｙに対して
対称に延在している。また、板状バネ２４は、移動対象
物６を矢印Ｙ方向に移動した際に作用する曲げ力に対す
る剛性が小さく、且つ、移動対象物６を矢印Ｘ方向に移
動した際に作用する圧縮力及び引っ張り力に対する剛性
が大きくなっている。

【００２５】このような構成によれば、移動対象物６
は、矢印Ｘ方向及びＹ方向の両側に夫々配置された板状
バネ２０，２４によって、常時、一定位置（以下、初期
位置という）に弾性的に保持されることになり、例えば
各々のＹ方向駆動用アクチュエータ１６を駆動させて変
位させると、この変位運動（伸縮運動力や伸縮量）が各
々の板状バネ２０を介して移動対象物６に伝達される。

【００２６】この場合、Ｙ方向駆動用アクチュエータ１
６の例えば伸張運動によって板状バネ２０には、矢印Ｙ
方向の圧縮力及び引っ張り力が作用するが、このような
圧縮力及び引っ張り力に対する板状バネ２０の剛性が大
きいため、板状バネ２０は、夫々、若干の弾性変形をす
るものの、Ｙ方向駆動用アクチュエータ１６の伸張運動
をほぼそのまま移動対象物６に伝達する。

【００２７】このとき、移動対象物６の矢印Ｙ方向に沿
った両側の板状バネ２４には、矢印Ｙ方向の曲げ力が作
用するが、この曲げ力に対する板状バネ２４の剛性が小
さいため、板状バネ２４は、夫々、移動対象物６に加え
られた伸張運動に対応して円滑に弾性変形する。この場
合、各々の板状バネ２４は、図１（ａ）で説明した基本
原理と同様に、一方の板状バネ２４の中抜き部２４ａが
拡大し同時に他方の板状バネ２４の中抜き部２４ａが縮
小する。

【００２８】この結果、移動対象物６は、沈み込みを生
じること無く、また、移動方向に圧縮力及び引っ張り力
の影響を受け難くなり、Ｙ方向駆動用アクチュエータ１
６の伸張量に対応（一致）した量だけ正確に、同一平面
（ＸＹ平面）内において矢印Ｙ方向に円滑に平行移動す
る。

【００２９】なお、Ｘ方向駆動用アクチュエータ２２を
駆動させて伸張させた場合も、上記同様の動作に従っ
て、移動対象物６は、沈み込みを生じること無く、Ｘ方
向駆動用アクチュエータ２２の伸張量に対応（一致）し
た量だけ正確に、同一平面（ＸＹ平面）内において矢印
Ｘ方向に円滑に平行移動する。

【００３０】なお、Ｙ方向駆動用アクチュエータ１６及
びＸ方向駆動用アクチュエータ２２を選択的に伸張させ
た後、これらＹ方向駆動用アクチュエータ１６及びＸ方
向駆動用アクチュエータ２２を選択的に縮小させれば、
移動対象物６を初期位置方向に平行移動させて戻すこと
ができる。

【００３１】本実施の形態によれば、移動対象物を二次
元方向（ＸＹ方向）に必要な量だけ正確に平行移動させ
て高精度に位置決めすることが可能な移動装置を実現す
ることができる。

【００３２】次に、本発明の第２の実施の形態に係る移
動装置について、図３を参照して説明する。なお、本実
施の形態の説明に際し、第１の実施の形態と同一の構成
には、同一符号を付して、その説明を省略する。

【００３３】図３に示すように、本実施の形態の移動装
置には、移動対象物６の矢印Ｘ方向及びＹ方向（即ち、
２軸方向）の移動量を拡大するための拡大機構が設けら
れている。

【００３４】本実施の形態に適用した拡大機構は、その
一例として、移動対象物６の矢印Ｘ方向の移動量を拡大
するように、移動対象物６の両側にＹ中心線Ｌｙに沿っ
て延出したＸ方向拡大アーム２６と、移動対象物６の矢
印Ｙ方向の移動量を拡大するように、移動対象物６の両
側にＸ中心線Ｌｘに沿って延出したＹ方向拡大アーム２
８とを備えている。

【００３５】Ｘ方向拡大アーム２６は、夫々、その一端
が板状バネ２４に一体的に接続されており、その他端が
ヒンジ部３０を介して固定ベース１８に一体的に接続さ
れている。

【００３６】ヒンジ部３０は、夫々、Ｘ方向拡大アーム
２６の他端の寸法を縮小するように絞り込んで形成され
ており、このヒンジ部３０を中心に、Ｘ方向拡大アーム
２６を所定方向に旋回させることができるようになって
いる。

【００３７】また、Ｘ方向駆動用アクチュエータ２２
は、Ｘ方向拡大アーム２６の一端と他端との間に配置さ
れており、Ｘ方向拡大アーム２６の側面をＹ中心線Ｌｙ
に直交する方向、即ち、Ｘ中心線Ｌｘ方向に押圧するこ
とによって、Ｘ方向拡大アーム２６をヒンジ部３０を中
心に旋回させることができるようになっている。

【００３８】一方、Ｙ方向拡大アーム２８は、夫々、そ
の一端が板状バネ２０に一体的に接続されており、その
他端がヒンジ部３２を介して固定ベース１８に一体的に
接続されている。

【００３９】ヒンジ部３２は、夫々、Ｙ方向拡大アーム
２８の他端の寸法を縮小するように絞り込んで形成され
ており、このヒンジ部３２を中心に、Ｙ方向拡大アーム
２８を所定方向に旋回させることができるようになって
いる。

【００４０】また、Ｙ方向駆動用アクチュエータ１６
は、Ｙ方向拡大アーム２８の一端と他端との間に配置さ
れており、Ｙ方向拡大アーム２８の側面をＸ中心線Ｌｘ
に直交する方向、即ち、Ｙ中心線Ｌｙ方向に押圧するこ
とによって、Ｙ方向拡大アーム２８をヒンジ部３２を中
心に旋回させることができるようになっている。

【００４１】この場合、Ｙ方向駆動用アクチュエータ１
６は、夫々、機械的に許容できる範囲で可能な限りヒン
ジ部３２に近接した位置に配置することが好ましい。な
ぜなら、Ｙ方向駆動用アクチュエータ１６をヒンジ部３
２に近接配置することによって、Ｙ方向拡大アーム２８
の一端（具体的には、Ｙ方向拡大アーム２８と板状バネ
２０との接続端）の変位量（即ち、ヒンジ部３２を中心
にしたＹ方向拡大アーム２８の一端の旋回量）は、てこ
の原理に基づいて拡大され、Ｙ方向駆動用アクチュエー
タ１６の伸張量よりも大きくすることができるからであ
る。

【００４２】また、同様に、Ｘ方向駆動用アクチュエー
タ２２は、夫々、機械的に許容できる範囲で可能な限り
ヒンジ部３０に近接した位置に配置することが好まし
い。なぜなら、Ｘ方向駆動用アクチュエータ２２をヒン
ジ部３０に近接配置することによって、Ｘ方向拡大アー
ム２６の一端（具体的には、Ｘ方向拡大アーム２６と板
状バネ２４との接続端）の変位量（即ち、ヒンジ部３０
を中心にしたＸ方向拡大アーム２６の一端の旋回量）
は、てこの原理に基づいて拡大され、Ｘ方向駆動用アク
チュエータ２２の伸張量よりも大きくすることができる
からである。

【００４３】また、Ｙ方向駆動用アクチュエータ１６に
よってＹ方向拡大アーム２８の側面に直接押圧力を作用
させると、この押圧力が作用したＹ方向拡大アーム２８
の側面に局所的な応力集中が生じて、Ｙ方向拡大アーム
２８の側面が局部的に変形してしまう場合がある。この
ような変形が生じると、それ以降のＹ方向拡大アーム２
８に対する旋回制御が正確に行うことができなくなって
しまう。

【００４４】そこで、本実施の形態では、このような事
態を回避するように、Ｙ方向拡大アーム２８のヒンジ部
３２に近接した位置に、このＹ方向拡大アーム２８の材
質よりも硬い材料（例えば、焼き入れ材など）で形成さ
れたピン３４を圧入し、このピン３４に対してＹ方向駆
動用アクチュエータ１６の押圧力を作用させるように構
成している。

【００４５】このような構成によれば、Ｙ方向駆動用ア
クチュエータ１６の押圧力をピン３４に作用すると、こ
のピン３４に作用した押圧力は、ピン３４の周囲に分散
する形でＹ方向拡大アーム２８に伝達される。このた
め、Ｙ方向拡大アーム２８の側面に局所的な応力集中は
生じない。

【００４６】上記同様の作用効果を得るために、Ｘ方向
拡大アーム２６のヒンジ部３０に近接した位置にも、こ
のＸ方向拡大アーム２６の材質よりも硬い材料（例え
ば、焼き入れ材など）で形成されたピン３６が圧入さ
れ、このピン３６に対してＸ方向駆動用アクチュエータ
２２の押圧力を作用させるように構成している。

【００４７】なお、図面上、ピン３４，３６は、夫々、
断面円形のものを採用しているが、局所的な応力集中を
防止することができれば、任意の形状（例えば、楕円
形、半円形など）を適用することが可能である。

【００４８】このような構成によれば、例えば各々のＹ
方向駆動用アクチュエータ１６を駆動させて伸張させる
と、この伸張運動（伸張運動力や伸張量）は、ピン３４
を介してＹ方向拡大アーム２８に伝達される。

【００４９】このとき、ピン３４に作用したＹ方向駆動
用アクチュエータ１６の押圧力は、ピン３４の周囲に分
散する形でＹ方向拡大アーム２８に伝達されるため、Ｙ
方向拡大アーム２８は、その側面に局所的な応力集中を
生じること無く、てこの原理に基づいて、ヒンジ部３２
を中心にＹ方向駆動用アクチュエータ１６の伸張量より
も大きく旋回する。

【００５０】このときの旋回運動力は、各々の板状バネ
２０を介して移動対象物６に伝達される。この場合、板
状バネ２０は、夫々、Ｙ方向拡大アーム２８の旋回運動
に伴って弾性変形し、その中抜き部２０ａがＹ方向拡大
アーム２８の旋回方向に沿って拡大するため、Ｙ方向拡
大アーム２８の旋回運動は、板状バネ２０を介して移動
対象物６をＹ方向に平行移動させるための直線運動に変
換される。

【００５１】一方、各々のＸ方向駆動用アクチュエータ
２２を駆動させて伸張させると、この伸張運動（伸張運
動力や伸張量）は、ピン３６を介してＸ方向拡大アーム
２６に伝達される。

【００５２】このとき、ピン３６に作用したＸ方向駆動
用アクチュエータ２２の押圧力は、ピン３６の周囲に分
散する形でＸ方向拡大アーム２６に伝達されるため、Ｘ
方向拡大アーム２６は、その側面に局所的な応力集中を
生じること無く、てこの原理に基づいて、ヒンジ部３０
を中心にＸ方向駆動用アクチュエータ２２の伸張量より
も大きく旋回する。

【００５３】このときの旋回運動力は、各々の板状バネ
２４を介して移動対象物６に伝達される。この場合、板
状バネ２４は、夫々、Ｘ方向拡大アーム２６の旋回運動
に伴って弾性変形し、その中抜き部２４ａがＸ方向拡大
アーム２６の旋回方向に沿って拡大するため、Ｘ方向拡
大アーム２６の旋回運動は、板状バネ２４を介して移動
対象物６をＸ方向に平行移動させるための直線運動に変
換される。

【００５４】なお、この後の移動対象物６の移動動作や
板状バネ２０の動作は、第１の実施の形態と同様である
ため、その説明は省略する。本実施の形態によれば、拡
大機構によって移動対象物の平行移動量を所定方向に必
要な量だけ拡大して高精度に位置決めすることが可能な
移動装置を実現することができる。

【００５５】次に、本発明の第３の実施の形態に係る移
動装置について、図４及び図５を参照して説明する。な
お、本実施の形態の説明に際し、第１及び第２の実施の
形態と同一の構成には、同一符号を付して、その説明を
省略する。

【００５６】本実施の形態の移動装置は、移動対象物６
を矢印ＸＹＺ方向（三次元方向、即ち、３軸方向）に移
動することができるように構成されている。このような
構成を実現するために、本実施の形態の移動装置は、そ
の一例として、第２の実施の形態を改良する形で構成さ
れている。

【００５７】その改良点について説明すると、本実施の
形態では、板状バネ２０，２４（図３参照）の代わり
に、これらをＸ方向拡大アーム２６、Ｙ方向拡大アーム
２８及び移動対象物６よりも肉薄に形成した薄板状バネ
２０´，２４´が適用されている。

【００５８】薄板状バネ２０´には、矢印Ｙ方向に沿っ
て延出し且つその中央部分が矢印Ｙ方向に沿って中抜き
された中抜き部２０ａ´が形成されている。この場合、
薄板状バネ２０´は、換言すると、中抜き部２０ａ´を
構成するように棒状バネを屈曲して構成されたものと言
える。

【００５９】また、この薄板状バネ２０´は、移動対象
物６を矢印Ｘ方向及びＺ方向に移動した際に作用する曲
げ力に対する剛性が小さく、且つ、移動対象物６を矢印
Ｙ方向に移動した際に作用する圧縮力及び引っ張り力に
対する剛性が大きくなっている。

【００６０】薄板状バネ２４´には、矢印Ｘ方向に沿っ
て延出し且つその中央部分が矢印Ｘ方向に沿って中抜き
された中抜き部２４ａ´が形成されている。この場合、
薄板状バネ２４´は、換言すると、中抜き部２４ａ´を
構成するように棒状バネを屈曲して構成されたものと言
える。

【００６１】また、この薄板状バネ２４´は、移動対象
物６を矢印Ｙ方向及びＺ方向に移動した際に作用する曲
げ力に対する剛性が小さく、且つ、移動対象物６を矢印
Ｘ方向に移動した際に作用する圧縮力及び引っ張り力に
対する剛性が大きくなっている。

【００６２】このように肉薄の薄板状バネ２０´，２４
´を適用することによって、移動対象物６は、常時、同
一位置に弾性的に支持された状態となるため、移動対象
物６に矢印Ｚ方向の押圧力を与えた場合、これら薄板状
バネ２０´，２４´が夫々同様に弾性変形して円滑に曲
がるため、移動対象物６を矢印Ｚ方向に正確且つ円滑に
平行移動させることが可能となる。

【００６３】これに対して、移動対象物６に矢印Ｘ方向
及びＹ方向の押圧力を与えた場合、これら薄板状バネ２
０´，２４´が弾性変形して円滑に曲がるため、移動対
象物６を矢印Ｘ方向及びＹ方向に円滑に移動させること
が可能となる。但し、薄板状バネ２０´，２４´は、夫
々、薄肉形状を成しているため、移動対象物６を矢印Ｘ
方向及びＹ方向に移動する際、矢印Ｚ方向に沈み込みが
生じる場合がある。

【００６４】そこで、本実施の形態の他の改良点とし
て、矢印Ｚ方向への沈み込みを生じること無く、同一平
面（ＸＹ平面）内において移動対象物６を平行移動させ
るように、上述した基本原理（図１（ａ）参照）と同様
の作用効果を奏する弾性部材が移動対象物６の中心軸Ｐ
に対して対称に（本実施の形態では、その一例として、
移動対象物６の四隅に）配置されている。

【００６５】弾性部材として、本実施の形態では、その
一例として、矢印Ｚ方向に沿って延出し且つその中央部
分が矢印Ｚ方向に沿って一部中抜きされた中抜き部３８
ａを有した肉薄の薄板状バネ３８が用いられている。こ
の場合、薄板状バネ３８は、換言すると、中抜き部３８
ａを構成するように棒状バネを屈曲して構成されたもの
と言える。

【００６６】薄板状バネ３８は、夫々、移動対象物６を
矢印Ｘ方向及びＹ方向に移動した際に作用する曲げ力に
対する剛性が小さく、且つ、移動対象物６を矢印Ｚ方向
に移動した際に作用する圧縮力及び引っ張り力に対する
剛性が大きくなっている。

【００６７】また、薄板状バネ３８は、夫々、その一端
が移動対象物６に接続され、その他端が後述するＺ方向
駆動用アクチュエータ４２を介して固定ベース１８に接
続されており、これら薄板状バネ３８を介して移動対象
物６は、固定ベース１８に弾性的に支持されている。な
お、薄板状バネ３８の下端部３８ｂは、他の部位に固定
されること無くフリーな状態となっており、１枚の連結
部材４０を介して互いに連結されている。

【００６８】構成をまとめると、固定ベース１８は、Ｚ
方向駆動用アクチュエータ４２の一端と接続され、Ｚ方
向駆動用アクチュエータの他端は、弾性部材（薄板状バ
ネ３８、連結部材４０）を介して移動対象物６に固定さ
れている。

【００６９】このような改良構成によれば、移動対象物
６を矢印Ｘ方向又はＹ方向に移動した際、図５中実線で
示すように、一方の薄板状バネ３８の中抜き部３８ａが
拡大し同時に他方の薄板状バネ３８の中抜き部３８ａが
縮小することによって、薄板状バネ３８の曲げ量に対応
して下端部３８ｂが、図５中二点鎖線の位置から実線で
示す位置まで移動対象物６方向に引き上げられるため、
移動対象物６は、沈み込みを生じること無く、同一平面
（ＸＹ平面）内において常に平行移動することになる。

【００７０】また、本実施の形態に適用したＺ方向駆動
用アクチュエータ４２（例えば、圧電体）は、夫々、移
動対象物６の四隅近傍の固定ベース１８に固定されてお
り、薄板状バネ３８の他端を矢印Ｚ方向に押圧すること
ができるようになっている。

【００７１】この場合、Ｚ方向駆動用アクチュエータ４
２を伸張させて薄板状バネ３８の他端に押圧力を加える
と、薄板状バネ３８には、矢印Ｚ方向の圧縮力及び引っ
張り力が作用するが、このような圧縮力及び引っ張り力
に対する薄板状バネ３８の剛性が大きいため、薄板状バ
ネ３８は、夫々、弾性変形すること無く、Ｚ方向駆動用
アクチュエータ４２の伸張運動をそのまま移動対象物６
に伝達する。

【００７２】このとき、移動対象物６の周囲の薄板状バ
ネ２０´，２４´には、夫々、矢印Ｚ方向の曲げ力が作
用するが、この曲げ力に対する薄板状バネ２０´，２４
´の剛性が小さくなっているため、薄板状バネ２０´，
２４´は、夫々、移動対象物６に加えられた伸張運動に
対応して円滑に弾性変形する。

【００７３】この結果、移動対象物６は、薄板状バネ２
０´，２４´によって常に同一位置に弾性的に支持され
た状態を維持しつつ、Ｚ方向駆動用アクチュエータ４２
の伸張量に対応（一致）した量だけ正確に矢印Ｚ方向に
円滑に平行移動する。

【００７４】なお、その他の構成作用は、第２の実施の
形態と同様であるため、その説明を省略する。本実施の
形態によれば、移動対象物を三次元方向に必要な量だけ
正確に平行移動させて高精度に位置決めすることが可能
な移動装置を実現することができる。

【００７５】なお、本実施の形態は、第２の実施の形態
の改良として説明したが、第１の実施の形態の改良とす
る形で構成することもできる。この場合には、例えば、
板状バネ２０，２４を本実施の形態の薄板状バネ２０
´，２４´と同様に形成すると共に、本実施の形態と同
様の作用効果を奏する弾性部材並びにＺ方向駆動用アク
チュエータ４２を移動対象物６の中心軸Ｐに対して対称
に配置すれば良い。

【００７６】また、本発明は、上述した各実施の形態の
構成に限定されることは無く、新規事項を追加しない範
囲で種々変更することが可能である。第２及び第３の実
施の形態において、移動対象物６を１軸方向（例えば、
矢印Ｙ方向）にだけ移動させることを目的とするのであ
れば、図６に示すように、板状バネ２４及び薄板状バネ
２４´を直接固定ベース１８に一体的に接続させること
によって、沈み込みを生じること無く、移動対象物６を
矢印Ｙ方向に必要な量だけ平行移動させて高精度に位置
決めすることが可能となる。

【００７７】また、第１〜第３の実施の形態において、
図７に示すように、板状バネ２０，２４、並びに、薄板
状バネ２０´，２４´を夫々非対称に延在させたいわゆ
る屈曲状バネとして構成しても上記各実施の形態の作用
効果を実現することが可能である。

【００７８】なお、本明細書には、以下の発明が含まれ
る。 （１） 移動対象物と、この移動対象物に対する固定ベ
ースと、前記移動対象物の中心軸に対して対称に配置さ
れ、前記移動対象物を平行移動自在に係合する弾性部材
と、この弾性部材の一端が係合し、他端が前記固定ベー
スと係合する前記移動対象物を移動させるためのアクチ
ュエータとを備えていることを特徴とする移動装置。 （２） 前記移動対象物と係合する前記弾性部材は、前
記移動対象物の一方向に２つ、この一方向に直交する他
方向に２つ設けられており、前記弾性部材は、前記移動
対象物より薄く成形されていることを特徴とする上記
（１）に記載の移動装置。 （３） 前記移動対象物の移動量を拡大するように、前
記移動対象物の中心軸に対して対称に配置され、前記弾
性部材を介して前記移動対象物に接続された拡大アーム
を備えており、この拡大アームは、前記アクチュエータ
の変位量を拡大して前記移動対象物に伝達することによ
って、前記移動対象物の移動量を拡大させることを特徴
とする上記（１）又は（２）に記載の移動装置。 （４） 前記拡大アームは、棒状の部材であり、一端が
前記弾性部材と係合し、他端が前記固定ベースと係合し
ており、前記アクチュエータは、前記拡大アームの延出
方向に直交する方向から前記拡大アームを押圧すること
を特徴とする上記（３）に記載の移動装置。 （５） 前記移動対象物、前記固定ベース、前記弾性部
材及び前記拡大アームは、同一材料で一体成形されてい
ることを特徴とする上記（３）又は（４）に記載の移動
装置。 （６） 移動対象物と、この移動対象物の中心軸に対し
て対称に配置され、前記移動対象物を平行移動自在に支
持する弾性部材と、前記移動対象物を移動させるための
アクチュエータとを備えており、前記弾性部材は、前記
移動対象物を移動した際に作用する曲げ力に対する剛性
が小さく、且つ、前記移動対象物を移動した際に作用す
る圧縮力及び引っ張り力に対する剛性が大きくなってい
ることを特徴とする移動装置。 （７） 前記移動対象物の移動量を拡大するように、前
記移動対象物の中心軸に対して対称に配置され、前記弾
性部材を介して前記移動対象物に接続された拡大アーム
を備えており、この拡大アームは、前記アクチュエータ
の変位量を拡大して前記移動対象物に伝達することによ
って、前記移動対象物の移動量を拡大させることを特徴
とする上記（６）に記載の移動装置。 （８） 前記拡大アームは、棒状の部材であり、一端が
前記弾性部材と係合し、他端が前記固定ベースと係合し
ており、前記アクチュエータは、前記拡大アームの延出
方向に直交する方向から前記拡大アームを押圧すること
を特徴とする上記（７）に記載の移動装置。

【００７９】

【発明の効果】本発明によれば、移動対象物を所定方向
に必要な量だけ正確に移動して高精度に位置決めするこ
とが可能な移動装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は、本発明の基本原理図、（ｂ）は、本
発明の具体的原理図。

【図２】本発明の第１の実施の形態に係る移動装置の構
成を示す図。

【図３】本発明の第２の実施の形態に係る移動装置の構
成を示す図。

【図４】（ａ）は、本発明の第３の実施の形態に係る移
動装置の構成を示す図、（ｂ）は、同図（ａ）のｂ−ｂ
線に沿う断面を矢印ｂ方向から見た図。

【図５】第３の実施の形態に用いた薄板状バネの動作説
明図。

【図６】本発明の変形例に係る移動装置の主要な構成を
示す図。

【図７】本発明の他の変形例に係る移動装置の主要な構
成を示す図。

【図８】第１の従来技術に係る移動装置の主要な構成を
示す図。

【図９】第２の従来技術に係る移動装置の主要な構成を
示す図。

【符号の説明】

６ 移動対象物 １６ Ｙ方向駆動用アクチュエータ ２０ 板状バネ ２２ Ｘ方向駆動用アクチュエータ ２４ 板状バネ Ｐ 移動対象物の中心軸

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 移動対象物と、 この移動対象物に対する固定ベースと、 前記移動対象物の中心軸に対して対称に配置され、前記
   移動対象物を平行移動自在に係合する弾性部材と、 この弾性部材の一端が係合し、他端が前記固定ベースと
   係合する前記移動対象物を移動させるためのアクチュエ
   ータとを備えていることを特徴とする移動装置。
2. 【請求項２】 前記移動対象物と係合する前記弾性部材
   は、前記移動対象物の一方向に２つ、この一方向に直交
   する他方向に２つ設けられており、前記弾性部材は、前
   記移動対象物より薄く成形されていることを特徴とする
   請求項１に記載の移動装置。
3. 【請求項３】 前記移動対象物の移動量を拡大するよう
   に、前記移動対象物の中心軸に対して対称に配置され、
   前記弾性部材を介して前記移動対象物に接続された拡大
   アームを備えており、 この拡大アームは、前記アクチュエータの変位量を拡大
   して前記移動対象物に伝達することによって、前記移動
   対象物の移動量を拡大させることを特徴とする請求項１
   又は２に記載の移動装置。